水泵抽水原理图

抽水蓄能电站水泵调相工况转水泵工况控制流程优化

发表时间：2018-03-15T16:04:19.830Z 来源：《防护工程》2017年第31期 作者： 朱益鹏

[导读] 随着我国电力系统的逐渐完善，对于电力设备的使用也需要不断的全面。

江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司 江苏 213334

摘要：随着我国电力系统的逐渐完善，对于电力设备的使用也需要不断的全面。水泵调相工况转水泵工况是抽水蓄能电站重要而常见的工

况转换，本文介绍了在抽水蓄能电站该过程调试中遇到的问题，并对其进行分析，在此基础上优化了控制流程，满足了机组控制要求。

关键字：抽水蓄能电站；水泵调相工况；转水泵工况；控制流程优化

引言

抽水蓄能电站的主要作用是对电网进行用电负荷的调峰填谷，以缓解峰谷差所带来的用电矛盾。与常规水电厂相比，抽水蓄能电站一个最大的不同就是具有发电和抽水可逆式运行的特点，因此机组工况转换非常频繁。要想让这些工况转换快捷有序，安全可靠地进行，就

必须对监控系统控制进行科学设计，以实现监控系统对机组的有效科学控制。

1水泵调相工况转水泵工况的过程分析

水泵调相工况转水泵工况是抽水蓄能机组一种常见的工况转换过程。抽水蓄能机组必须被SFC或拖动机组从静止状态拖动至水泵调相工况后才能继而转换至水泵工况。因此水泵调相工况转水泵工况是机组转轮由在空气中转动变为在水中转动，并带满负荷抽水的过渡过

程，其中关键问题是机组排气回水的过程与主进水阀、水泵水轮机导叶的打开时间以及励磁和调速器等分系统工作模式转换的配合。机组

在水泵调相工况时，主进水阀、导叶处于全关状态，尾水水位被高压压缩空气压至水泵水轮机转轮以下，转轮在空气中向水泵方向旋转。

当工况转换开始以后，机组监控系统首先调用排气回水流程，停止向转轮内充入压缩空气，关闭充气阀和补气阀，然后关闭蜗壳平衡阀。

在上述过程完成后打开排气阀，使转轮内的空气排出，尾水锥管内的水位逐渐上升，当水位上升至与转轮相接触后，机组便进入造压阶

抽水蓄能机组水泵工况启动概述

【摘要】近年来抽水蓄能电站在国内大量兴建，引发越来越多的人关注。但由浅入深介绍该型机组特点的文章为数不多，本文力求以浅显的原理介绍抽水蓄能机组的特点，以供非此专业人士快速熟悉抽水蓄能机组之用。由于作者水平有限，请各位专业人士不吝赐教，给予斧正。

【关键词】抽水蓄能机组；充气压水；变频启动装置；排气充水；排气造压

引言

抽水蓄能机组与常规水轮发电机组最大的区别就是不仅可以发电，还可以反向旋转以水泵的形式抽水。当电网电能超过负荷需求时，启动机组以水泵工况运行将下库水抽到上库暂时存放起来；当电网电能低于负荷需求时，启动机组以发电工况运行利用存储在上库的水能发电供给电网。机组将电能以水力势能的形式临时存储起来，实现了电能的存储，故而称为蓄能机组。抽水蓄能机组有效的均衡了电网负荷的峰谷差，确保电网的安全经济运行。

机组的水泵工况启动较发电工况启动更为复杂，以下将进行详细说明。

1、水泵启动方式

抽水蓄能机组水泵工况运行实质上是同步电动机运行。众所周知，同步电动机不可以直接启动，目前最为经济便捷的启动方式是变频启动方式。因此，抽水蓄能电站几乎均设置一台静止变频启动装置（SFC）。SFC拖动机组从零转速到额定转速，实现了同步电动机的平稳启动。这只是为启动机组提供了可能性，光有SFC还不能立即实现机组水泵方式启动。

为了尽量提高机组调节电网峰谷差能力，抽水蓄能机组容量被尽可能地增大。但受目前技术所制约，国内大型抽水蓄能机组单机容量最高已达300MW，即将向400MW，甚至更高的容量发展。然而就300MW容量机组来说，其转动惯量已达数百（kN·m）数量级。转动惯量越大，需要的启动转矩就越大，SFC的容量也越大，而SFC的造价随着容量增加成倍增加。

因此，为尽量降低SFC的容量，人们想方设法减轻机组启动的阻力矩。水泵如能在空气中被启动，阻力矩的减少将是非常可观的。

2、充气压水

为实现水泵在空气中启动，在SFC拖动机组启动之前，需要将水泵轮暴露在空气中。这样就需要一套高压空气压缩系统，利用压缩空气将水位压低直到泵轮从水中完全脱离为止。这个过程就是抽水蓄能机组水泵工况启动的第一步：充气压水。

煜林枫太阳能光伏水泵与柴油发电机的对比分析

抽水量：180立方米/天柴油价格：7.25元/升运行时间：20年对比项目光伏水泵系统柴油三相发电机抽水系统每日抽水量180立方180立方

扬程28米28米

额定功率下输出时间5H12H水流量36立方/小时15立方/小时

水泵的额定输出功率5.5KW2.2KW

太阳能组件/发电机8KW5.5KW

组成部件项目寿命金额项目寿命金额

太阳能组件20年120000柴油三相发电机57000

逆变器（7.5KW）1036850水泵（5.5KW）519885潜水泵54528

附件50000

小计226735小计11528

配套成本项目金额项目金额工程施工费85850柴油运输仓储费360000

小计85850小计360000

维护成本项目次数金额项目次数（年）金额水泵更新359655人工成本20480000

逆变器更新136850燃油消耗201058830.78

水泵更新313584柴油三相发电机321000

小计96505小计1573414.78

总抽水量13140001314000成本合计4090901944942.78

单位成本（元/立方）0.321.48

安全稳定性在边远地区，采用光伏水泵系统供电提水设备解决这些无电地区的人畜饮水和灌溉问题，是最理想的方式之一，同时光伏水泵系统无污染、无噪声，可靠性高，维护工作量极小。柴油三相发电机抽水系统维护成本高，噪音大、严重的污染环境，因需储备柴油，存在一定的安全隐患。

总结光伏水泵系统与柴油发电机抽水系统在3年左右单位成本持平，随着电池板价格的下降，油价的上升其单位成本持平年限会缩短。

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离心泵的工作原理

单级单吸式离心泵的主要部件是一个蜗壳形的泵壳、一个固定在泵轴上的叶轮，叶轮上有6～12片叶片。泵壳上有两个接口，一个在泵壳轴线方向，为吸液口，与吸入管路相连，另一个在泵壳的切线方向，为排液口，与排出管路相连。

离心泵一般由电动机带动，在启动泵前，泵体及吸入管路内充满液体。当叶轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的液体一道旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外缘（流速可增大至15～25m/s），动能也随之增加。当液体进入泵壳后，由于蜗壳形泵壳中的流道逐渐扩大，液体流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压强沿排出口流出。与此同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空，而液面处的压强Pa比叶轮中心处要高，因此，吸入管路的液体在压差作用下进入泵内。叶轮不停旋转，液体也连续不断的被吸入和压出。由于离心泵之所以能够输送液体，主要靠离心力的作用，故称为离心泵。

离心泵在运转时，如果泵内没有充满液体，或者在运转过程中泵内漏入空气，由于空气密度比液体密度小得多，在叶轮旋转时产生的离心力也小，使吸入口处不能形成足够的真空度，将液体吸入泵内，这时，虽然叶轮转动，却不能输送液体，这种现象称为“气缚”。为了避免“气缚”的产生，必须在每次启动泵之前将泵体及吸入管路内充满液体并排尽空气。对于输送温度较高或易挥发的液体，离心泵通常要在一定的灌注压头下工作。

潜水泵的工作原理

潜水泵一般是由泵体、扬水管、泵座、潜水电机和起动保护装置组成。通俗的讲就是一种泵和电机合二为一的输送液体的机械，它结构简单，使用方便。

根据泵与电机的相对位置不同，潜水泵又可以分为上泵式和下泵式。上泵式潜水泵泵在上面，电机在下面，这种结构大大减小了泵的径向尺寸，所以多用于井用潜水电泵和小型作业潜水电泵。下泵式潜水泵电机在上面，泵在下面，它又分为内装式和外装式两种。内装下泵式潜水电泵所输送的液体首先通过包围电机的环形流道，使之冷却电机后再流出泵压出口。这种泵即使在接近排干吸水池的情况下，也不必担心电机升温，故应用范围正在日益扩大。外装下泵式潜水电泵则直接从叶轮后的压水室或导叶体出口处排出液体，电机也被抽送的液体冷却。由于下泵式结构可以在较浅的液体中也能工作，故常用于作业面潜水电泵，尤其它是大口径潜水电泵的主要结构型式。下泵式潜水电泵的机械密封位于出口水流高压区，扬程越高，此处水压力越高，所以机械密封的性能受到扬程的控制。